【摘 要】
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纤维素是世界上含量最丰富的天然有机高分子材料,具有可生物降解、可再生等优良特性,充分利用纤维素资源,对解决当今世界上人类面临的资源和环境问题具有重要的意义。本论文选择可生物降解、来源丰富的两种纤维素衍生物—羧甲基纤维素(CMC)和醋酸纤维素(CA)为原料,分别采用有机和无机交联法降低纤维素的水溶性,复合其它材料或利用功能化试剂对其进行物理或化学改性,引入大量活性官能团,提高纤维素对染料的吸附性能。
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纤维素是世界上含量最丰富的天然有机高分子材料,具有可生物降解、可再生等优良特性,充分利用纤维素资源,对解决当今世界上人类面临的资源和环境问题具有重要的意义。本论文选择可生物降解、来源丰富的两种纤维素衍生物—羧甲基纤维素(CMC)和醋酸纤维素(CA)为原料,分别采用有机和无机交联法降低纤维素的水溶性,复合其它材料或利用功能化试剂对其进行物理或化学改性,引入大量活性官能团,提高纤维素对染料的吸附性能。本论文通过不同的制备方法对纤维素基吸附剂的形貌进行调控,制备了 3种不同形貌且具有两亲性吸附性能的纤维素基吸附剂材料,并研究了其吸附性能、与染料的作用机理,主要研究内容如下:(1)为降低CMC吸附材料的水溶性,提高其在使用过程中的稳定性,采用有机交联法,以环氧氯丙烷(ECH)为有机交联剂对羧甲基纤维素(CMC)进行交联,并用乙二胺(EDA)对其进行改性,制备了一种粉末型两性吸附剂(EDA-CMCx)。在293 K、30 min、pH11(MB)和pH3(ORII)时得到亚甲基蓝(MB)和桔黄Ⅱ(ORⅡ)的最大吸附量分别为82.06 and63.72 mg·g-1。EDA-CMC1的Zeta电位随着溶液初始pH发生变化(+10 mV(pH3)和-30 mV(pH11)),吸附过程中表现出pH敏感性,表明吸附过程中受吸附剂表面官能团质子化和去质子化的影响。EDA-CMC1对ORII的吸附过程符合Langmuir模型,而MB吸附符合Freundlich模型;动力学符合准二级动力学模型,证实MB和CR染料分子与吸附剂表面官能团间可能存在氢键和静电相互作用。粉末型吸附剂EDA-CMC1作为染料吸附剂在水处理领域具有潜在的应用价值,但粉末型吸附剂不利于回收,使用过程中易耗损。(2)为解决CMC的水溶性及粉末型吸附剂在吸附后难以分离和回收问题,以羧甲基纤维素(CMC)为底物复合含活性官能团的腐植酸(HA),采用无机交联法,以硝酸铝(Al(NO3)3)为交联剂,温和的条件下简便地合成了新型两亲性微球吸附剂(HAx/CMC-yAl)。改性后的吸附剂中含大量的羧基和羟基等活性官能团,提高了CMC对阴、阳离子的吸附性能。HA1.0/CMC-3Al具有pH敏感性,在pH3、295 K和300 min时,对MB和ORII的最大吸附量分别为76.92 mg.g-1和71.43 mg·g-1。HA1.0/CMC-3Al对染料的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型,表明MB和ORII的吸附限速步骤受染料和吸附剂表面的官能团相互作用所控制。在共存无机盐和表面活性剂体系中,NaCl抑制染料的吸附,SDBS促进阳离子染料吸附,而抑制阴离子染料的吸附,证实HA1.0/CMC-3Al与MB和ORⅡ的吸附作用力主要为氢键和静电相互作用。(3)为提高纤维素吸附剂材料的选择性吸附及分离效果,选择适当的溶剂用静电纺丝法制备了醋酸纤维素(CA)纳米纤维膜。为同时有效去除阴、阳离子染料,将该纳米纤维膜经脱乙酰、羧甲基化,及聚多巴胺(PDA)功能化改性,制备了一种新型的多功能醋酸纤维素膜(PDA@DCA-COOH)吸附材料。在单一染料体系中,PDA@DCA-COOH对MB和CR的最大吸附量分别为69.89和67.31 mg·g-1。在复杂染料体系中PDA@DCA-COOH对染料MB和CR的吸附过程强烈依赖溶液初始pH、无机盐NaCl和表面活性剂SDBS的浓度。PDA@DCA-COOH膜优异的吸附性能是由于吸附剂表面丰富的官能团和染料之间的静电相互作用和氢键所致。PDA@DCA-COOH具有良好的循环使用性能,是一种很有前途的水处理吸附剂。
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